首页 理论教育 核潜艇巨鲸猎洋:探究激情的点燃者

核潜艇巨鲸猎洋:探究激情的点燃者

时间:2023-08-12 理论教育 版权反馈
【摘要】:核潜艇使用的核燃料是铀-235,它是从天然铀中提炼浓缩而来。在这哥儿几个中,只有“老二”铀-235是自然界中最易于裂变的核素,能够轻易被“激发”出原子核里的巨大潜能,所以只有它被普遍用来制造核潜艇的核燃料。核燃料一旦燃烧起来,要想扑灭这股“激情”,谈何容易!原子弹就是把原子核的“激情”发挥到了极致而无法控制的一个例子。要想使核燃料的“火势”增强或减弱,可通过增减控制棒的数量来实现。

核潜艇巨鲸猎洋:探究激情的点燃者

——平静中孕育着激情,

——黑暗里隐藏着惊魂!

20 世纪50 年代初,茫茫海洋悄然出现了一种被称为“核黑鲨”的怪物。这种“海洋新霸主”在广阔无边的大洋里神出鬼没,任意驰骋,甚至会藏在水下潜航很久很久——它就是威震四方的核潜艇。看似矜持低调的核潜艇,不但有刚毅任性的外表,更具有驾驭海洋的“激情”和航行海底几万里的能力,这种能力源于一种神秘的物质——核燃料

两块石头相互碰撞可以迸出璀璨的火花,火柴摩擦可以产生耀眼的火焰。从核燃料里迸发出的巨大能量,也是由许许多多肉眼看不见的中子碰撞而“燃烧”起来的。

核潜艇使用的核燃料是铀-235,它是从天然铀中提炼浓缩而来。天然铀由“三兄弟”组成,分别是:含量为99.28%的铀-238、含量为0.71%的铀-235 以及微量的铀-234。在这哥儿几个中,只有“老二”铀-235是自然界中最易于裂变的核素,能够轻易被“激发”出原子核里的巨大潜能,所以只有它被普遍用来制造核潜艇的核燃料。

铀-235 的原子核在吸收一个外来中子以后能分裂成几个更轻的原子核(也称裂变碎片),同时释放出能量和2~3 个自由中子等,这就是核裂变能,也就是所谓的核能或原子能。但一个铀原子核产生的能量毕竟是微弱的,如果把裂变反应后产生的新中子利用来引起新的核裂变,裂变反应就可以连续不断地进行下去,同时不断产生能量,像链子一样持续不断,像滚雪球似的越滚越大,这种反应就叫作链式裂变反应。链式裂变反应可以产生巨大的能量,如果无数的中子同时开始链式裂变反应,那就会产生更大的能量。原子弹爆炸和反应堆运行就是典型的原子核链式裂变反应过程。

铀原子核的链式裂变反应示意图

铀原子核的一种链式裂变反应用化学反应式表示为:

上式中:U—铀原子核 n—中子 Ba—钡原子核 Kr—氪原子核 E—能量

知识卡(www.xing528.com)

为了对铀-235 裂变释放的能量有一个直观的认识,我们要记住下面的数字:

1 千克铀-235 全部裂变放出的能量相当于2 800 多吨标准煤燃烧放出的能量,它们相差280 多万倍。可见,在小小的铀-235 里面蕴藏着多么巨大的能量呀。

这样,我们对上面的反应式理解为:当一个中子轰击一个铀-235 原子核后,分裂成2 个质量不等的“碎片”:钡-137 和氪-97,同时产生2个中子并释放出热能。

用一个中子去“轰击”铀原子核,势单力薄,其链式裂变反应毕竟太慢,产生的热能也太小,所以在潜艇的核反应堆里,装有专门的“点火器”——中子源。“众人拾柴火焰高”,中子源能放出无数的中子同时点火,使核反应堆的启动和功率极快提升。中子源一般由镭(Ra)、钋(Po)、铍(Be)、锑(Sb)、镅(Am)等制作而成。

对于目前核潜艇上的压水型核反应堆来说,并不是所有的中子都能够引起核裂变,只有那些运动速度比较慢的中子才行。而中子源和核裂变产生的中子都是“快中子”,为了使它们的速度减慢下来,在核反应堆里充满了慢化剂——水。“快中子”在水中运行时不断与水分子相撞,很快使速度减下来,直到变成符合要求的“慢中子”。

核燃料一旦燃烧起来,要想扑灭这股“激情”,谈何容易!原子弹就是把原子核的“激情”发挥到了极致而无法控制的一个例子。其实,任何事情只有想不到没有做不到,核能的这种澎湃激情也可以被有效控制。解铃还须系铃人,那个能制服核能的强者,居然还是那个点燃核能的小不点儿——中子。链式核反应是中子挑起并维持的,失去了中子,原子核就无法“燃烧”——只要“釜底抽薪”,减少中子数量,就可以使链式反应无法维持。

那么,如何才能减少中子数量呢?谁又是中子的克星呢?在核反应堆里有一些专门“吃”中子的“魔棒”——控制棒,它们是用含有金属铪(Hf)、银(Ag)、铟(In)、镉(Cd)等的材料做成的。要想使核燃料的“火势”增强或减弱,可通过增减控制棒的数量来实现。控制棒数量越多,“吃”掉的中子越多,就越可以轻而易举地稳定住核燃料的“情绪”,或者让它们彻底“冷静”下来。

正应了那句话:只要找对路,一物降一物。

免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

我要反馈